本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
进化总是能以奇异和出乎意料的问题来挑战我们。不久前，其中一个问题在苏格兰国家博物馆的藏品中心的大厅里回响
“为什么鱼需要骶骨！？”
劳伦·萨兰当时正透过显微镜观察一块塔拉修斯鱼的化石标本，这时她注意到了一些奇怪的事情。它的脊柱被分成五个部分，就像所有四足动物一样，四足动物是包括人类在内的陆地动物。唯一的问题是：塔拉修斯鱼是鱼。
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现代鱼类没有骶骨，也没有颈部或胸腔。它们的椎骨柱是一系列单调的椎骨串联在一起，只有从头部到尾部的细微修改。对于我们四足动物来说，情况就不同了。沿着我们的脊椎向下移动，您会遇到五种不同类型的椎骨，每种椎骨都有自己的位置、功能和形状。首先是颈部的颈椎，其次是承载我们肋骨的胸椎，腰椎，楔入我们髋骨之间的骶椎，最后是尾部的尾椎，对于我们这些有尾巴的动物来说。
由于分节的脊椎骨是在早期的四足动物（它们用陆地代替水）中进化出来的，古生物学家认为这是对陆地生活的特定适应。神秘的鱼石螈，一种生活在3.75亿至3.6亿年前的古代两栖动物，是最早摇摇摆摆地走动并拥有如此完全“区域化的轴向柱”的动物之一。Ahlberg 在 2005 年重建了鱼石螈骨骼，他指出鱼石螈可能可以上下弯曲其脊柱的腰部区域。这与鱼类典型的左右扭动不同。Ahlberg 推测鱼石螈可以行走，或者至少可以爬行。
更新：计算机模型表明鱼石螈可能无法行走。与塔拉修斯鱼论文一样，这项研究今天发表。
结案了，但还不完全是。塔拉修斯鱼讲述了一个相当不同的故事：并非所有有颈部和骶骨的动物都是陆地生物。远非如此，塔拉修斯鱼是一种小型而细长的鳗鱼状鱼类。它生活在 3.59 亿至 3.18 亿年前，在现在苏格兰的浅水区。它在这里潜伏在珊瑚礁中，像现代狼鳗一样，用臼齿碾碎猎物的贝壳和甲壳。
虽然塔拉修斯鱼可能看起来和生活方式都像现代鳗鱼，但它肯定不像鳗鱼那样游泳。它的腰椎紧凑，骶椎巨大且相互锁定，而尾部的椎骨则很小、很薄且分散。萨兰认为，这种不寻常的解剖结构使塔拉修斯鱼能够像巨型蝌蚪一样在水中推进，灵活的尾巴从一侧扫到另一侧。刚性的躯干可以控制摆动尾巴产生的力量。这就是这条鱼需要骶骨的原因。
这样说来，鱼类拥有分节的椎骨柱就完全有道理了。然而，这种特殊的椎骨排列方式仅在塔拉修斯鱼和四足动物中进化出来。两个远亲谱系是如何偶然发现相同的解决方案的？是否存在一个共同的模板，一个古代的发育程序，在塔拉修斯鱼和四足动物中展开，但在其他动物中被忽略了？还是相似的选择压力以相似的方式塑造了它们的脊椎？换句话说，是同源性还是趋同进化造成的？
有迹象表明两者兼而有之。例如，即使角鲨没有分节的脊柱，发育中的角鲨胚胎椎骨柱中的调节性Hox 基因的激活顺序与四足动物胚胎中的顺序相同，它们在四足动物脊柱中划分了节段的边界。也许分节脊柱的配方已经存在于软骨鱼和硬骨鱼的共同祖先中。*塔拉修斯鱼和四足动物可能都利用了这种发育潜力，这种轴向模式系统比它们自身更古老。现在可能还为时过早，无法验证或反驳这种可能性：发育生物学家才刚刚开始绘制动物王国中 Hox 基因活动的多样性。目前，Hox 基因表达数据仅适用于少数生物，其中鱼类很少。
无论这些基因的根有多深，分节的脊柱都进化了两次，在独立的场合。是什么让塔拉修斯鱼和四足动物趋同于这种特定的身体结构？萨兰认为这是因为它们相似的生活方式。第一批四足动物和塔拉修斯鱼都将短躯干和沉重的骨骼与宽阔而强壮的尾巴结合在一起。塔拉修斯鱼用桨状的胸鳍向前推进，四足动物也用它们的蹼足肢达到同样的目的。最后，两者都是底栖生物，在珊瑚礁和漫滩中航行。
如果这种情况属实，我们遥远的祖先进化出分节的脊柱是为了成为浅水区游泳的能手。只是后来，它们的游泳棒被改造，以支撑我们在陆地上的四肢，并使行走成为可能。这不会是我们的祖先借用和改造的第一个特征。我们认为如此典型的陆地动物的步态是在水下进化而来的。肺鱼也能行走。
这些推测在未来是否成立取决于科学，但我可以告诉你，我发现这种更复杂和详细的解释比任何简单的“我们的祖先爬上陆地”的故事都更令人满意。进化没有方向，没有生物有远见意识到水外有等待的机会。第一批四足动物是独立的动物，为了它们自己的缘故而适应，并且未来不确定。他们的道路从未明确。对于我们祖先的陆地成功至关重要的分节脊柱，对于塔拉修斯鱼来说却是一条死胡同。错误的地点，错误的脊柱。安息吧，科学小伙计。
*: 容易混淆的是，四足动物是硬骨鱼。责怪分类学吧。
图片
塔拉修斯鱼重建图，来自第一个参考文献。
狼鳗，作者：Dan Hershman
棘螈，来自第二个参考文献。
参考文献
Sallan, L., (2012). 早期辐鳍鱼中的四足动物样轴向区域化 英国皇家学会学报 B DOI: 10.1098/rspb.2012.0784
Ahlberg, P., Clack, J., & Blom, H. (2005). 泥盆纪四足动物鱼石螈的轴向骨骼 自然, 437 (7055), 137-140 DOI: 10.1038/nature03893